La spinta ad evolvere arriva dai cambiamenti ambientali, anche quelli più ‘stressanti’.
Forti cambiamenti ambientali sono in grado, infatti, di modulare le funzioni del genoma attraverso l’attivazione degli elementi trasponibili.
Il dato emerge da uno studio coordinato dal Dipartimento di biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza di Roma, che dimostra una correlazione funzionale tra stress, trasposoni (elementi genetici presenti nei genomi di procarioti ed eucarioti, capaci di spostarsi da una posizione all’altra del genoma) ed evoluzione dei genomi, e definisce per la prima volta – riferisce l’ateneo – le basi molecolari che permettono ai genomi di rispondere in modo adattativo ai mutamenti ambientali.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati su ‘Pnas’.
“Tutti gli organismi viventi risultano straordinariamente adattati all’ambiente in cui vivono – ricordano i ricercatori – e lo studio dei processi mediante i quali si è arrivati a un simile risultato nel corso del processo evolutivo è una delle questioni biologiche ancora fonte di intenso dibattito”.
In particolare, nell’ambito della biologia evoluzionistica, sono due i principali aspetti sui quali la discussione è ancora aperta: la velocità dei processi evolutivi di mutazione e selezione e la potenzialità dell’ambiente di agire attivamente sul patrimonio genetico (genoma), incidendo direttamente nello sviluppo e nell’evoluzione delle specie.
La formulazione darwiniana classica attribuisce all’ambiente un ruolo di selezione degli organismi più adatti sulla base della loro costituzione genetica.
Sotto quest’ottica, le variazioni ambientali e la variabilità genetica sono visti come due fenomeni separati.
Il nuovo lavoro getta una nuova luce sui loro rapporti: mostra chiaramente che sono fenomeni interconnessi, la cui interazione permette rapidi processi evolutivi. Lo studio dimostra sperimentalmente che drastici cambiamenti ambientali possono produrre una forte variabilità genetica attraverso l’attivazione di speciali elementi mobili simili a particelle virali: i trasposoni.
Scoperti negli anni ’50 da Barbara Mc Clintock, i trasposoni sono elementi genetici in grado di spostarsi autonomamente nel genoma e cambiare la propria localizzazione sia all’interno dello stesso cromosoma, che tra cromosomi diversi.
Per la loro capacità di modulare finemente e riprogrammare l’espressione di complesse reti genetiche, i trasposoni rappresentano un ottimo strumento attraverso il quale i genomi possono rispondere in modo funzionale ai cambiamenti e agli stress ambientali.
Utilizzando il moscerino ‘da Nobel’ Drosophila melanogaster come modello sperimentale, i ricercatori hanno dimostrato che la proteina HSP70 è un mediatore chiave nell’attivazione degli elementi trasponibili in seguito ad un forte stress ambientale.
La proteina è un chaperone (accompagnatore) molecolare stress-inducibile, che è in grado di svolgere un duplice ruolo: da una parte facilita il folding (il processo che dà alle proteine la loro forma e funzione fisiologica) delle proteine denaturate dal calore, dall’altra compromette la funzionalità del complesso riboproteico (Rna e proteine) normalmente coinvolto nel silenziamento o disattivazione degli elementi trasponibili nella linea germinale.
“Lo studio – afferma Lucia Piacentini del Dipartimento di biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza – evidenzia una correlazione funzionale tra stress, trasposoni ed evoluzione dei genomi: i cambiamenti ambientali aumentano la variabilità genetica, attraverso l’attivazione degli elementi trasponibili, per poi agire su di essa selezionando i genomi più adatti.
Inoltre, avendo identificato il ruolo di HSP70, proteina presente in tutti gli organismi, il lavoro fornisce una spiegazione molecolare a questa visione evolutiva”.
Insomma, rispetto alla formulazione darwiniana classica, queste nuove acquisizioni attribuiscono all’ambiente non solo un ruolo di selezione delle caratteristiche fisiologiche più adatte, ma anche di induttore della variabilità genetica.
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